（计算机应用技术专业论文）基于本体论的elearning环境中情形分析、情感激励和导航.pdf

江苏大学硕士研究生毕业论文 摘要 随着信息技术的飞速发展，在e - l e a r n i n g 的研究领域中，情形分析、情感 激励和导航已逐渐成为该领域内的一个活跃的研究方向。它的目的是要通过分析 学习者的学习情形，进一步分析学习者的情绪，以提供相应的情感激励和有效的 学习导航，以激发学习者的学习兴趣，提高学习效率。 本文首先介绍了课题的研究背景和e - l e a r n i n g 环境中情形分析、情感分析 和导航的研究现状等，总结了束缚e - l e a r n i n g 中情形分析、情感分析和导航发 展的瓶颈问题。同时引入本体论概念，简介了本体在e - l e a r n i n g 中的应用。在 此基础上，本文提出了e - l e a r n i n g 环境中基于本体的情形分析、情感激励和导 航，具体内容如下： 1 ) 提出了e l e a r n i n g 环境中的情形本体模型。在该模型中，通过对 e - l e a r n i n g 环境中的学习情形信息进行分类总结，利用本体论进行本体 建模，使得各种情形信息能够有机的结合在一起，清晰地展现了概念、 逻辑之间的内部联系和相互之间的依赖关系。另外，在情形本体模型的 基础上，提出了个性化情形信息获取的方法，通过对个性化情形信息的 及时更新，可以获取更为及时准确的情形信息。 2 ) 提出了e - l e a r n i n g 环境中的本体规则推理情形分析处理模型。在该模型 中，对用户的各类学习情形信息进行了分析和推理，以及时准确的判定 出学习者的学习情形状态。在此基础上，又提出了本体规则推理情绪分 析处理模型和本体规则推理实时性导航处理模型。在情形分析的基础上， 分析不同情形状态下学习者的情绪，并针对不同情绪给出相应的情感激 励。并根据学习者不同的情形、情绪，提供针对个人的实时性导航。 3 ) 在情形本体模型和本体规则推理情形处理模型、本体规则推理情绪分析 处理模型以及本体规则推理实时性导航处理模型基础上，利用相关的技 术和工具，实现了一个基于本体的e - - l e a r n i n g 环境中的情形分析、情 感激励和导航系统，从实验角度验证了上述方法的合理性、有效性。 关键词：e - l e a r n i n g ，情形分析，情感激励，导航，本体论，情形本体模型， 本体规则推理情形分析处理模型 江苏大学硕士研究生毕业论文 a b s t r a c t w i lm er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , s i t u a t i o na n a l y s i s ， e m o t i o ne n c o u r a g e m e n ta n dg u i d eb e c o m eav e r ya c t i v er e s e a r c hd i r e c t i o nm e - l e a r n i n gf i e l d i ta i m st oa n a l y z el e a r n e r se m o t i o nb ya n a l y z i n gt h e i rs t u d y i n g s i t u a t i o na n dp r o v i d ee m o t i o ne n c o u r a g e m e n ta n de f f e c t i v es t u d yg u i d e i tc a n s t i m u l a t el e a r n e r ss t u d y i n gi n t e r e s ta n dr a i s el e a r n e r ss t u d ye 伍c i e n c y f i r s t w ei n t r o d u c et h er e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h es u b j e c ta n dt h es t a t eo f t h ea i t o ft h i sr e s e a r c h , s u c ha ss i t u a t i o na n a l y s i s ，e m o t i o na n a l y s i sa n dl e a r n i n gg u i d ei n e l c a m i n ge n v i r o n m e n t t h e nw eg i v et h ec o n c e p to fo n t o l o g ya n di n t r o d u c et h e a p p l i c a t i o ni ne - l e a r n i n gf i e l d o nb a s eo ft h e s e , t h em e t h o d so fo n t o l o g yb a s e d s i t u a t i o na n a l y s i s e m o t i o ne n c o u r a g e m e n ta n dg u i d ei ne 。l e a r n i n ge n v i r o n m e n ta r e p r e s e n t e d c o n c r e t ec o n t e n t sa r ea sf o l l o w i n g ： 11as i t u a t i o no n t o l o g ym o d e li nt h ee l e a r n i n ge n v i r o n m e n ti sp r e s e n t e d i n t h i sm o d e l a l lk i 【n d e so fs i t u a t i o ni n f o r m a t i o na r ec o m b i n e do r g a n i c l yb y c l a s s i f y i n gt h el e a r n i n gs i t u a t i o n i n f o r m a t i o na n du s i n gt h eo n t o l o g y t h e c o n c e p t sa n dt h er e l a t i o n s h i po ft h el e a r n i n gi n f c r m a t i o na r ee m e r g e dc l e a r l y a n da c c u r a t e l y b e s i d e s ，am e t h o do fe x t r a c t i n gp e r s o n a l i z e d s i t u a t i o n i n f o r m a t i o ni s p r e s e n t e do nb a s eo ft h es i t u a t i o no n t o l o g ym o d e l b y u p d a t i n g t h ep e r s o n a l i z e ds i t u a t i o ni n f o r m a t i o n , t h el e a r n i n gs i t u a t i o n i n f o r m a t i o nc a nb eg o tt i m e l ya n da c c u r a t e l y 2 las i t u a t i o np r o c e s s i n gm o d e lb a s e do no n t o l o g yr u l er c a s o n m gi nt h e e l e a r n i n ge n v i r o n m e n ti sp r e s e n t e d i nt h em o d e l ，t h el e a r n e r sl e a r n i n g s i t u a t i o ni n f o r m a t i o ni sa n a l y z e da n dr e a s o n e d ，a n dt h el e a r n e r sl e a r n i n g s i t u a t i o nc a nb ec o n c l u d e dt i m e l ya n da c c u r a t e l y f u r t h e r m o r e , t h ee m o t i o n a n a l y s i sm o d e la n dt h el e a r n i n gg u i d em o d e lb a s e do nt h eo n t o l o g yr u l e r e a s o n i n ga r ea l s op r e s e n t e d t h el e a l n e r se m o t i o ni sa n a l y z e do nt h eb a s e o ft h el e a r n i n gs i t u a t i o n a n dt h er e a l - t i m eg u i d ei sp r o v i d e da c c o r d i n gt ot h e l e a r n i n gs i t u a t i o na n d e m o t i o n 3 ) b a s i n go nt h es i t u a t i o no n t o l o g ym o d e l ，s i t u a t i o np r o c e s s i n gm o d e lh a s e d o n t h eo n t o l o g yr u l er e a s o n i n g , e m o t i o na n a l y s i sm o d e la n dl e a r n i n gg u i d e m o d e l a no n t o l o g y - b a s e de l e a m i n gs y s t o m w i t hs i t u a t i o n a n a l y s i s ， e m o t i o ne n c o u r a g e m e n ta n dl e a r n i n gg u i d e1 5d e v e l o p e db yu s i n gs o m e t e c h n i q u e sa n dt o o l s i tc a i ib eu s e d t op r o v et h ee f f e c t i v e n e s so fa b o v ea p p r o a c h e s k e yw o r d s ：e - l e a r n i n g , s i t u a t i o na n a l y s i s ，e m o t i o ne n c o u r a g e m e n t , g u i d e ， o n t o l o g y , s i t u a t i o no n t o l o g ym o d e l ，s i t u a t i o np r o c e s s i n gm o d e l b a s e d0 1 1o n t o l o g yr u l er e a s o n i n g i i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密阢 学位做储躲袷萄苗指剥雠：多地 如一年皿耳ye 汕刁年l 其 0 b 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位做作者签名泠萄警 日期：少7 年户月口日 江苏大学硕士研究生毕业论文 1 1 课题背景 第一章绪论 随着社会经济的飞速发展，人们的工作、生活方式发生了巨大的改变，而在 信息爆炸式增长下的今天，以教师为中心、课堂模式下的传统教学方式已经越来 越无法满足人们对终身教育的需求了。鉴于此，教育部在上世纪末拟定的面向 2 l 世纪教育振兴行动中提出了“形成开放式教育网络，构建终身学习体系 ， 并根据我国的具体情况，统一规划，逐步推进我国的信息化教育。从教育的发展 方向看，以教师为中心的，课堂式的教学模式必将被以学习者为中心的，实践式 的教学模式所取代，事实也证明了这一点。近年来，随着计算机技术、多媒体技 术和网络通信技术迅猛发展，基于计算机网络的远程教育逐渐在信息化教育中扮 演越来越重要的角色。计算机的交互性有利于激发学习者的学习兴趣，有利于认 知主体作用的发挥，外部多媒体信息刺激的多样性有利于知识的获取与保持，网 络特性有利于进行不受时空限制的自由学习，在这种新的教学模式里，学习者替 代了教师，成为学习过程的主体。技术的发展促进了向以学习者为中心的教学模 式的转变；反过来，这种转变又对技术提出了新的要求。 e - - l e a r n i n g 是指通过因特网或其他数字化内容进行学习与教学的活动。它 充分利用现代信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境，实 现一种全新的学习方式。这种学习方式改变传统教学中教师的作用和师生之间的 关系从而根本改变了教学结构和教育本质。其中，学习情形分析、情感激励和导 航一直都是e - - l e a r n i n g 的研究热点，但现有的技术方法存在诸多局限，越来越 无法满足e - - l e a r n i n g 的发展。近年来随着本体论在信息技术方面的应用，通过 对e - - l e a r n i n g 环境中的学习情形信息构建本体，可以对情形分析信息进行合 理、有效地组织，极大程度地推进了情形分析、情感激励及导航技术的发展。 传统的e - - l e a r n i n g 系统就是将教学环节，如上课、作业、答疑、考试等通 过i n t e r n e t 来实现。所有的内容都通过w e b 页以及一组相关的网络程序来完成 这些内容被组织到一个e - - l e a r n i n g 站点中，学习者通过i n t e r n e t ，利用浏览器 来学习。 近期的一些e - - l e a r n i n g 系统还增加了辅助的管理功能，如学籍管理、教务 管理等。 现在已有人提出基于本体的e - - l e a r n i n g 系统，在实现语义检索、提高检索 效率以及学习资源的组织等方面发挥了较好的作用。 江苏大学硕士研究生毕业论文 也有人提出了带有导航的e - - l e a r n i n g 系统，以解决学习者在学习过程中迷 失方向的问题。 但是现有的e - - l e a r n i n g 系统普遍存在以下不足： 现有的系统大都忽略了学习者学习过程中的情绪问题，不能根据学习者 在不同学习情形下产生的情绪变化及时进行相应的情感激励。 现有的系统导航缺乏针对性和实时性。不能根据个人不断变化的学习情 况、情感状态，及时提供符合个人需求的导航。 本课题可解决e - - l e a r n i n g 系统中对学习者的学习情形引起的情绪分析不足 的问题，为学习者提供针对不同学习情形下不同情绪状态的激励及实时性导航， 以提高学习者的学习兴趣，提高学习效率。 1 2 本课题研究内容及关键问题 本课题的研究内容主要涉及到以下几方面： 1 ) 情形本体模型及推理规则 判定学习者在知识域本体学习过程中各种操作、过程、结果所代表的学 习情形，以此制定本体推理规则，随时判定学习者的学习情形，以便进 行实时、有针对性的学习指导。 2 ) 基于情形分析的情绪本体推理规则及激励 判定学习者在不同学习情形下的情绪状态，以此制定本体推理规则，随 时判定学习者的情绪，以进行实时的情感激励。 3 ) 制定个性化实时性导航 制定个人的学习信息相关本体及针对个人的导航推理规则，以根据学习 者不断变化的学习情形和学习情绪，提供实时性导航。 4 ) 构建基于本体的e - - l e a r n i n g 原型系统。 本课题研究的关键问题有： 1 ) 学习情形的分析 根据行为学、心理学、教育学判定学习者在知识域本体学习过程中各种 操作、过程、结果所代表的学习情形，以此制定情形本体推理规则，以 便在此基础上随时判定学习者的情绪，并根据不同的情绪状态，对学习 者进行实时、有针对性的学习指导和情感激励。 2 ) 本体模型及推理规则的制定 将学习者的各种学习情形下分析出的情绪状况，以及相应导航，利用 p r o t e g e 、j e n a 建立本体推理规则 2 江苏大学硕士研究生毕业论文 1 3 本文所做的工作 在广泛查阅与分析国内外有关e - - l e a r n i n g 环境中情形情绪分析、导航和本 体论的基础上，本文对基于本体论的e - - l e a r n i n g 环境中有关情形分析的一系列 关键问题进行了研究与开发，主要包括： 1 ) e - - l e a r n i n g 环境中的情形分析 2 ) e - - l e a r n i n g 环境中的情形本体构建 3 ) e - - l e a r n i n g 环境中的个性化情形信息的提取 4 ) e - - l e a r n i n g 环境中的本体规则推理学习情形 5 ) e - - l e a r n i n g 环境中的本体规则推理学习情绪及情感激励 6 ) e - - l e a r n i n g 环境中的本体规则推理实时性导航 7 ) e - - l e a r n i n g 系统的开发框架 在此基础上，对基于本体论的e - - l e a r n i n g 环境中情形分析、情感激励和导 航的一系列的实现细节问题进行探讨，并利用相关的技术和工具实现该原型系 统。 在攻读硕士期间，本人的主要工作包括： 1 ) 在查阅大量国内外关于e - - l e a r n i n g 理论的文献资料的基础上，对情形 分析、情感激励和导航方面的研究现状和发展趋势进行总结，指出情形 分析、情感激励和导航发展的几大瓶颈问题。针对相应发展的难点，引 入本体论的概念，并对本体建模、本体描述语言和本体应用领域进行研 究，特别是详细分析情形分析、情感激励和导航与本体论结合的理论和 应用。最终，利用本体论具有的知识组织清晰、概念定义明确的特性， 从根本上解决束缚情形分析、情感激励和导航发展的瓶颈问题。 2 ) 通过对现有e l e a r n i n g 环境详细的研究和分析，针对e - - l e a r n i n g 环 境中存在的学习情形分析不足，以至于相应的情绪状态得不到及时的分 析和激励，学习者的学习得不到及时、有针对性的导航的问题，结合基 于知识空间的组织模型，提出e - - l e a r n i n g 环境中的情形本体模型，用 于对系统环境中的各种情形信息进行组织管理。在此模型中，各种情形 信息被有机的结合在一起，使得可以更有效的分析学习者的学习情形， 以便及时判定学习者的情绪状态，给出相应的激励，并可及时根据学习 者的学习情形给出实时个性化导航，使得学习者可以在学习过程中得到 相应的情感激励，并轻松的找到自己所需要的信息。此外，在情形本体 模型的基础上，提出一种个性化学习情形信息自动提取方法，以便更有 3 江苏大学硕士研究生毕业论文 针对性的对个人的情形信息进行处理。 3 ) 针对学习系统中较难处理情形分析、情感激励和导航的问题，结合e l e a r n i n g 环境的特点，在情形本体模型基础之上，提出了e - - l e a r n i n g 环境中的本体规则推理情形分析、情感激励、导航处理模型。可以根据 学习者的不同学习情形及时判定出学习者的情绪状态，并给出相应的激 励。同时，根据学习情形和情感状态，提供实时的针对学习者个人情况 的学习导航，方便学习者获取当时所需的信息。 4 ) 根据以上提出的e - - l e a r n i n g 环境中的情形本体模型和本体规则推理情 形分析、情感激励、导航处理模型，实现一个基于本体的e - - l e a r n i n g 环境原型系统。其中实现的功能包括知识空间学习功能、情感激励功能、 导航功能、教师管理功能、学习者管理功能、系统管理功能、本体管理 功能等等，这些功能都和情形本体中的个体紧密的结合在一起，以便为 用户提供更好的服务。系统的目标是要很好的解决e - - l e a r n i n g 系统中 情形信息的分析问题，极大地提升系统的智能性和个性化。 在攻读硕士学位期间，作者在国内学术期刊和国内国际学术会议上共发表 录用学术论文如下： 1 y o n g z h a oz h a n ，l i t i n gx ua n do i r o n gm a o ，“o n t o l o g yb a s e ds i t u a t i o n a n a l y s i sa n de n c o u r a g e m e n ti ne - l e a r n i n gs y s t e m ，”l e c t u r en o t e sin c o m p u t e rs c i e n c e ，s p r i n g e r ，v 0 1 4 4 6 9 ，2 0 0 7 ，p p 4 0 1 4 1 0 2 l i t i n gx u ，y o n g z h a oz h a n ，a n dm i a oz h u ， “s i t u a t i o na n de m o t i o n a n a l y s isb a s e d g u i d ei no n t o l o g yb a s e de l e a r n i n gs y s t e m ， 3 r di e e e c o n f o ni n d u s t r i a le l e c t r o n i c sa n da p p l i c a t i o n s ，s i n g a p o r e ，j u n 2 0 0 8 ( a c c e p t e d ) 3 x i ez h i f e n gy o n g z h a oz h a n ，q i r o n gm a oa n dl i t i n gx u ， “a w a r e n e s s o n t o l o g ym o d e li nt h ec o l l a b o r a t i v el e a r n i n ge n v i r o n m e n t ， i np r o c o f7 t hi n t e r c o n fo n c o m p u t e r - a i d e d i n d u s t r i a l d e s i g n a n d c o n c e p t u a ld e s i g n ，n o v 2 0 0 6 ，p p 1 6 本文的其余部分安排如下： 第二章介绍e - - l e a r n i n g 中情形分析、情感激励和导航的研究现状等，总结 情形分析、情感激励和导航的瓶颈问题；引入本体论的概念，介绍本体建模、本 4 江苏大学项士研究生毕业论文 体描述语言和本体应用领域。 第三章介绍情形本体模型，其中所涉及的概念包括：学习者，知识域，测试 等，并给出概念内部和之间的各种关系：此外，在情形本体模型的基础上，提出 一种个性化情形信息提取方法。 第四章详细介绍本体规则推理情形分析处理模型以及在情形分析基础上的 本体规则推理情绪分析处理模型和情感激励，还将介绍情形分析处理和情感激励 实例以及相关工作比较。 第五章详细介绍了e - l e a r n i n g 环境中的学习导航，特别是本体规则推理实 时性导航分析处理模型。介绍了基于此模型的回溯型导航的导航项的选取、排列 及回溯方式等。 第六章详细介绍基于本体的e - - l e a r n i n g 环境中的情形分析、情感激励和导 航系统的实现，首先介绍相关技术和工作，再对系统进行功能分析和本体设计， 最后介绍系统功能实现的细节以及试运行的情况。 最后是结束语部分，对全文进行总结并对下一步工作进行展望。 s 江苏大学硕士研究生毕业论文 第二章e l e a r n in g 系统的研究与发展 e - - l e a r n i n g 充分利用现代信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资 源的学习环境，实现了一种全新的学习方式。这种学习方式改变了传统教学中教 师的作用和师生之间的关系从而根本改变了教学结构和教育本质，因此e l e a r n i n g 越来越受到学者的重视，正日益成为计算机领域的研究热点。e l e a r n i n g 领域中研究的方面有很多，诸如知识空间的构成等。其中，学习情形 分析、情感分析和导航一直都是e - - l e a r n i n g 的研究热点。这里，就e - - l e a r n i n g 系统中的情形分析，情感分析以及导航，进行简单介绍。 2 1e - l e a r nin g 系统和情形分析 情形分析，就是根据学习者在学习过程中的学习行为、学习过程、学习内容 等学习情形要素，对学习者的学习状态进行分析。具体的，例如学习过程是否合 理、学习时间是否足够，测试结果是否良好等等。根据这些学习情形要素，可以 分析出学习者的学习状态，由此，可以有针对性的进行学习指导等。因此，对于 学习者在学习过程中的学习情形分析，也逐渐成为e - - l e a r n i n g 领域的研究热 点。 2 1 1 现有的e - l e a r n i n g 系统和情形分析方法 已有很多研究者在此领域进行了研究，并提出了不少e - l e a r n i n g 系统中情 形分析的算法及相应系统。 c e l m a rg u i m a r a e sd as i i v a 和h e l o i s av i e i r ad ar o c h a 提出了一种方法， 通过分析学习者对数据库的查询，来分析学习者的学习情形。d e n i sh e l i c 提 出了基于学习协作过程的情形分析方法( l p m ) 坦3 。h a j i m es a i t o ，t a k a s h im a e d a 和a z u m ao h u c h i 提出了构建应对于学习者的“关键词图”，通过研究关键词间的 传递关系来分析学习者的学习状况口1 。m i c h a e ld e r n t l 和k a r i na h u m m e l 提出 了一种方法，是基于u m l 模型“1 ，采用p c e l 模型方式1 来定义学习者背景结构来实 现自然的上下文感知，以分析学习者的学习情形阳1 。c b i r 系统盯1 可以通过图象识 别来分析学习者的学习情形，为学习者提供所需信息。c l u e 系统呻1 可以分析出学 习者使用的语言，并自动提供学习者相应的语言类型来进行学习、交流和讨论。 还有一些学者提出主要针对e - l e a r n i n g 系统中学习者的学习行为和学习过 程进行感知，从而进行学习情形分析，也取得了较好的效果。 z i x u ec h e n g 和s h e n g g u os u n 等人提出了一种方法，通过感知、识别每个学 6 江苏大学硕士研究生毕业论文 习者的行为、习惯和意愿，分析出学习者的情形嘲在该方法中，各学习内容及 学习内容之间的关系被保存在内容数据库中。行为选取模块会记录学习者的学习 行为，并将这些数据，放入该学习者的行为数据库。比较模块是将选取到的学习 者的历史行为与学习者的学习需求做比较，看学习者是否符合学习要求，由此分 析出学习者的学习情形。 u l f - d a n i e le h l e r s 和j a nm p a w l o w s k i 提出了一种方法，通过搜集学习者 的学习经历，运用欧洲质量观测法n 町来分析学习者的学习情形，进而提出推荐， 帮助学习者学习n 。欧洲质量观测法中有一种概念模型e q o n 钉可对经历进行分 析：1 ) 搜集一般的背景信息，例如地点、人物、事情等。2 ) 搜集提供给学习者 的建议。3 ) 询问获取学习者的感受和评价。通过这种方法可获取对经历的分析 结果，以此做出对学习者学习情形的分析推断，并将此作为未来计划的基础。 现有的这些方式，均能在一定程度上分析出学习者的学习情形，以便对学习 者做出相应的学习指导。 2 1 2e - l e a r n i n g 系统情形分析的瓶颈 虽然对于e - l e a r n i n g 系统及相应的情形分析的研究已经较为成熟，已有不 少方法及系统被提出，但现有的e - l e a r n i n g 系统及情形分析方法却依然有着各 类不足删： 1 ) 不能正式、精确的定义一个详细的学生需要完成的学习目标，因而也就不能 自动核对学习者是否已经完成目标。 2 ) 不能准确定义学习过程、根据教学规则组建学习活动等“制，因而也就不能准 确的核对、分析学习者的学习过程 3 ) 没有采用适合的技术方法来支持相应的分析方法。 例如上述的各种方法中：h a j i m es a i t o 等人提出的“关键词图”法，就无 法很好的核对学习者是否已经完成学习目标。c b i r 系统n 1 主要是获取现实世界中 的图像信息，来映射到虚拟世界中，而支持这种的方法的实现技术却很少。z i x u e c h e n g 等人提出的分析学习者行为、习惯和意愿的方法虽然好，但是却很难准确 在系统实现过程中定义、确认学习者的行为和意愿。 同时，学习者在e - l e a r n i n g 系统中的学习行为多样，相应的学习情形因素 纷繁复杂；学习者的学习过程和完成学习目标情况难以准确定义和获取。这些都 严重影响了对学习者学习情形分析的效果，也成为了e - l e a r n i n g 系统情形分析 的瓶颈。 7 江苏大学硕士研究生毕业论文 2 2e - l e a r nin g 系统的情感分析 情感是人们对客观事实是否符合自己需要、愿望和观点而产生的体验，是人 们对客观事物的反映形式。人的情感具有两极性，表现在对人的智力活动起到增 力或减力的作用，所谓增力是指适量的情感因素可以起到激活动机、启动认知的 作用：反之则会干扰甚至严重影响记忆，迷乱思维，影响学习效率与效果n 司。 现有的e - - l e a r n i n g 环境中情感方面存在问题及原因如下n 引： 1 ) 网络教学内容中缺乏情感元素。当前在网络课程内容设计上比较注重陈述性 知识和文字材料的精细切分与组织，重知识的呈现，轻情感的投人。一方面是 由于传统教学设计中，关于教学内容的分析和处理仅仅是从认知的维度来进 行的。这使得网络教学模式中过多强调理性的教学设计，将原本可以贯穿的 艺术情感教学思维置于被忽略的边缘位置。另一方面的原因是设计者们对应 用软件的热衷，推崇这些软件展现知识的效果：注重知识的明晰化、系统化和 科学化，而不注重知识的情感表现力。学习者只看到与文字教材差不多的流 媒体教材，或一大堆教案的堆砌，而看不到教师声情并茂的“情感化 的讲授。 2 ) 网络教学中教育行为简化。目前，网络教学重技术应用、资源开发等因素，而 造成了教育行为的简化。即将教育简化为教学，教学简化为知识传授，甚至将 知识传授简化为考试辅导。这种简化行为的运作原理，是将显性的、有形的、 易考核的予以保留：将隐性的、无形的、不易考核的予以舍弃。如此一来，道 德教育、情感教育、创新教育等就不能很好体现。 3 ) 网络虚拟实验导致情感淡漠。网络的虚拟性易使人类失去真实的生活，缺少 现实感和判断力。比如，医学专业的网络虚拟手术系统让医学生练习做手术， 表现出一定程度的“游戏化”。允许出错和反复练习，虽具有提高技能的正面 效果，但也带来轻视、漠视生命、麻木精神的负面心理隐患。另外，医学生依 赖教学课件进行训练，多是典型的、普通的、精确的计算式思维，不利于培养 学生处理复杂多变疾病的临床思维。 4 ) 网络教学缺失集体力量。在传统的学生集体中，每个人在各方面的进步或后 退都会被同伴所注意和评价，这些外部评价很能影响其今后努力的方向。学 生集体中这种积极向上、相互观摩、共同进步的心理气氛，能够激励每位学 生向更好的方面发展，全面提高每个集体成员的自身素质。而网络教学由于 学习方式比较松散，因此不能很好地利用学生集体的力量来促进每个人的发 展。 因此学习者在学习过程中的情感问题一直备受关注，是e - - l e a r n i n g 领域的 研究热点。及时、准确的判定学习者在学习过程中的情感，并根据学习者的不同 8 江苏大学项士研究生毕业论文 情感给出相应的激励，能给学习者的学习带来动力，以提高学习者的学习兴趣和 学习效率。 2 2 1 现有的 - - i e a r n in g 系统的情感分析方法 已有很多学者对e - l e a r n i n g 系统中学习者的情感分析和识别进行了研究。 较多学者是通过对学习者的面部表情进行分柝，进而分析学习者学习情感 【l 力t 瑚 有学者是根据学习者的交流语言或者语音信息等来判定学习者的学习情感。 如：马希荣等人提出结合学习者的人脸表情和语音信息来进行情感计算，判定学 习者的学习情绪汹1 。y i nc h u n y o n g 等提出了用s f s 和模块神经网络对学习者的语 言进行分析，进而进行学习情感识别嗌叮。z h ua i q i n 和o il u o 提出同时考虑脸部 和声音特征来进行情感分析。 也有学者根据学习者学习过程中表现出来的各种生理特征来判定学习者的 学习情绪。如：k i y h o s h in o s u 等人提出根据学习者的表情、心跳、呼吸、手指 温度等生物信息束分析网络学习过程中学习者的情绪。s t e f a n os c o t t i ， m a u r i z i oh a u r i 等提出根据e l e a r n i n g 系统中学习者的四种生理信息：皮肤电导 ( g s r ) 、血压( b v p ) 、心电图( e k g ) 和脑电图( e e g ) 来分析学习者的学习情感变化 明 。 还有学者就学习者学习过程中表现出来的身体外部特征来判定学习者的情 感，如：王万森等人提出根据学习者的面部表情、体态姿势等来分析学习者的情 绪例。p r a v i n d r ad es i l v a ，m i n e t a d ao s a n o 和a s h u - t a r a s i n g h e 提出通过对 手势识别和肢体语言识别来分析学习者的情感汹1 。 现有的这些方式，均能在一定程度上分析出学习者的情绪，以便可以针对学 习者的不同情绪做出相应的学习指导。 2 2 2e - l e a r nin g 系统情感分析的瓶颈 虽然对于e - l e a r n in g 系统中的情感分析的研究已经较为成熟，已有不少方 法被提出，但现有的e - l e a r n i n g 系统情感分析方法仍有不足： 1 ) 基于面部表情和生物学信息的多种情感分析策略难以在基于种b 的环境 下实现。 2 ) 在实际实现应用过程中，对于学习者肢体语言的描述很难准确。 同时，学习者在e - l e a r n i n g 系统学习过程中会有不同的学习情形，这些不断 变化的学习情形会引发学习者产生不同的学习情绪。而针对不同学习情形引发的 学习者的学习情感变化的分析，却始终没有得到研究者的重视。这些都严重影响 9 江苏大学硕士研究生毕业论文 了对学习者学习情感分析的效果，也成为了e l e a r n i n g 系统情感分析的瓶颈。 2 3e - l e a r n i n g 系统的导航 网络课程是通过网络表现的某种学科的教学内容及实施的教学活动的总和。 网络课程的内容是以超媒体信息组织结构进行信息的组织。超媒体信息组织是一 种能很好的体现以“学 为中心的教学思想的信息组织形式。它使学习者在学习 时可以自己制定学习目标，选择学习内容和学习路径。这有利于学习者进行发散 思维，有利于学习者问题解决能力、思维能力的培养。 但在另一方面，学习者沿着链学习的过程中很容易迷失方向，往往不知道自 己处在信息网络中的甚么位置上，这种类似于在大海中航行迷失方向而不知所措 的现在，称为网上学习中的哆信息迷航 现象。 信息迷航现象不仅给学习者增加了不必要的认知负担，而且使教学活动效率 低下。因此，减少和清除学习中的信息迷航现象对网络教学至关重要。这就要求 我们在设计网络课程时，一方面要发挥超媒体的作用和特长，让学习者主动的创 造性的学习，另一方面又要减少学习者的认知负担。认真考虑向学习者提供引导 措施，这一措施就是“导航。导航能为网状知识结构中的学习者提供及时有效 的引导，它时一种避免学习者偏离教学目标，引导学习者进行有效学习，提高学 习效率的策略。导航的作用体现在：使学习者能清楚的了解教学内容的结构概况， 使每名学习者在开始学习前，对课程的总体结构有一个宏观的认识，从而对所学 的内容做到心中有数；使学习者了解当前学习内容在学习过程中、在课程的知识 结构体系中所处的位置；使学习者根据学习过的知识、走过的路径，确定下一步 的前进方向和路径；使学习者知道已经浏览过的路径，以便可以随时按照原路返 回；提供对整个课程的全文检索功能，使学习者能快速而简便的找到所需的信息 左盘【】 可 。 一般的，导航具有如下特性口： 1 ) 导航的指导性。导航指导整个学习过程。 2 ) 导航的明确性。这不但要求所有的导航图示都清晰醒目、界面友好，而 且还要有一套导航规范标准，不同类型的导航分别使用不同的图标和声 音。 3 ) 导航的柔软性。指软件中所说的“随时进出 ，例如在学习过程中可以随 机的进入、终止一段演示、声音、测试甚至学习过程本身；当然，如果 该动作破坏了学习过程，可提出明确警告。 4 ) 导航的动态性。导航随时间、人物的不同而改变，也可根据实时评价而 改变。 1 0 江苏大学硕士研究生毕业论文 导航功能是影响e - l e a r n i n g 系统质量的一个很重要的因素。导航可以在学 习者学习过程中提供有效的引导，提高学习者的学习效率。 目前流行的e - l e a r n i n g 系统都在不同程度上具有一定的导航功能，归纳起 来大致有以下几种形式嘲： 1 ) 模块导航：模块导航是指由一些标志性短语建立的超链接，如“教学大 纲 、“学习方法、“讨论区一、。自测园地一等，每个短语连接一个子模 块，完成特定功能，将一系列这样的超链接排列于每个页面的固定位置， 以便随时进入各个子模块。还可以设置列表框，学习者可以选择列表内 所列内容。 2 ) 帮助导航：系统设置有专门学习帮助选项，其中包括对课程特点的介绍、 相关插件的要求以及系统使用特点等。还有一些会在适当的位置给出信 息提示帮助等。 3 ) 线索当航：系统可以在学习者浏览访问系统的链和节点时，把学习者的 学习路径记录下来，可以让学习者按原来的路径返回，并允许回溯。系 统也可以让学习者事先选定一些感兴趣的路径作为线索，然后学习者可 以根据此线索进行学习。 4 ) 检索导航：有些课程包含很多的定义和定理，为了使学习者能够方便的 查找到想了解的某个概念、定理，在系统中设计搜索功能，可以设计为 根据关键字检索，还可以设计为根据查内容属于某个知识点检索，或两 者皆有。设计检索导航为学习者快速找到想要了解的内容提供了一个简 便高速的渠道。 5 ) 图导航：它是指以学习者的学习目标或当前激活的知识点为中心，将知 识领域网中的一些相关知识点找出来，并且根据她们在网中的位置和角 色以图的形式展示出来。其特点是可以集中体现与主题密切相关的知识 内容。 以上这些导航策略在不同的e - l e a r n i n g 系统中有不同的应用，大部分的呈 现形式是一样的，但具体的内容和依据的原则根据不同的知识组织与导航算法的 不同而不同。 2 3 1 现有的e - l e a r nin g 系统的导航方法 国内外很早就提出了多种导航方法，例如导航树、历史列表渊、基于超文本 学习状态空间的导航箱1 等。 也有很多学者也提出了自己的导航方法。r a z 叱m o h a m m c d a 提出了基于金 字塔模型的导航嘲；r i t t c r s h o f c r , a 根据可视化的主题图导航延伸出了基于文本 江苏大学硕士研究生毕业论文 的导航、图形导航和按主题首字母顺序排序的导航等阱1 ；s a n s ，v 提出了具有时 空延续性的多媒体导航汹1 ；c h i n - m i n gh o n g 等人提出对学习者进行学习前的预 测试，以此测试结果作为导航的依据啪1 ；j i n c h e m gl i n 和k u o c h i a n gw u 提出 了根据学习者的学习历史记录来提供针对个人的学习导航h 们等。 现有的这些导航方式，均能在一定程度上给e l e a r n i n g 系统中的学习者起到 学习指导作用。 2 3 2 现有e - l e a r n i n g 系统导航的不足 虽然对于e l e a r n i n g 系统中的导航方法的研究已经较为成熟，但现有的 e l e a r n i n g 系统导航仍有不足，如： 1 ) 忽略了知识状态之间潜伏存在的其他多种关系。 2 ) 学习者在e - l e